JP2015190985A - 自動サンプリング用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分析用粒状材料を取り扱う自動サンプリング用装置を提供する。
【解決手段】クロマトグラフ用のサンプル調製またはサンプル導入装置であって、可動保持アームがサンプラ４を上下に移動させ、サンプル容器６から粒状試料を採取する。サンプラ４は、充填スペースとしてカニューレ１０を含み、その内には、カニューレプランジャ１１が、サンプル１２を充填したカニューレ１０の充填スペースを開放し、空にするように、変位可能に配設されている。また、カニューレ１０は自由下端部１５を含み、自由下端部１５は、粒状材料をカニューレ１０の充填スペースに導入するために、サンプラ４またはサンプル容器６と関連する圧力リミッタにより設定される所定の圧力で、粒状材料を収納するそれぞれのサンプル容器６の底部１６に繰り返し押し当てられる。
【選択図】図５−１０

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の、分析機器用のサンプル調製またはサンプル導入のためのサンプルの、自動サンプリング用装置に関する。

分析機器は、特に、クロマト分離法を使用して、サンプルの構成成分を定性的および定量的に特定するために使用される。この分離技法の効率は、一般的に、適切なサンプル調製またはサンプル導入によって向上させることができる。ユーザは、サンプリング過程を自動化することに成功した場合にのみ、最高レベルの精度、再現性およびサンプルスループットを達成する。そういうわけで、クロマトグラフ、特にガスクロマトグラフに対して、自動化されたサンプル調製装置およびサンプル注入装置が知られており、これらはオートサンプラと呼ばれる。

ドイツ特許ＤＥ１０２１９７９０Ｃ１は、そのようなオートサンプラを開示しており、このオートサンプラは、サンプラのホルダ用の保持アームを備え、この保持アームは、互いに垂直な３方向に可動である。この種のオートサンプラは、所定の、簡単なシーケンス、例えば、アンプル（バイアル）からのシリンジによるサンプリングと、このサンプルの分析機器のサンプル導入システム内への導入、およびこのシーケンスのために提案された種類のサンプラ、例えば、特定の寸法のシリンジに対して設計されている。したがって、保持アーム用のいくつかのホルダを提供することも知られている。

しかしながら、使用されるシリンジでは、液体または気体のサンプリングだけが可能である。固体の場合には、少なくとも、サンプルの計量、およびサンプルの溶解の分析ステップが、追加で必要である。粒状でない材料は粉に挽くことも必要である。したがって、通常は実験室化学者によって手作業で実施される作業を代わりに行う、ロボットシステムは、運動円内での全位置に対処できるように、少なくとも４自由度の運動を必要とする。したがって、固体材料のサンプリングは複雑であって、既知のオートサンプラでは不可能である。

したがって本発明の目的は、分析用の粒状材料からのサンプルの自動化された取り扱いを改善する、自動サンプリング用装置を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴によって達成される。
これによって、自動サンプリング用の既知の装置、特にオートサンプラによって、粒状材料のサンプリングを自動化することも可能になるように、粒状材料のサンプリングを、液体および気体のサンプルをサンプリングするためのシステム中に一体化することを可能にする、自動サンプリング用装置が提供される。そのようなオートサンプラにおけるサンプリングに使用されるシリンジはシリンジ針を有し、このシリンジ針は、本発明によれば、一体型カニューレプランジャを備えるカニューレとして設計される。そのようなカニューレを備えるサンプラは、オートサンプラの可動保持アームを使用して取り扱うことができる。本発明によって提供される圧力リミッタは、オートサンプラの動作設定を修正することのない、オートサンプラに対する補助モジュールである。

本発明によるカニューレは、カニューレ内のカニューレプランジャの位置を介して、充填スペースを画定することが可能であり、その充填スペースによって、計量の労力を低減することができるように、規定の処方量が採取される。微量の粒状材料は、本発明によれば、特に、カニューレプランジャの制御された下方移動によって、容易に計量が可能である。

既存のオートサンプラを簡単に後付けするために、複数のサンプル容器を備えるトレーには、サンプル容器をバネ負荷支持するための、バネ要素を備えるソケットインセット（socket inset）を含めることができる。サンプルをカニューレの充填スペースに導入する間の、サンプル容器の底部に対抗するカニューレの下端の押圧力を調節し、制限できるように、サンプラに対するサンプル容器の移動が制御される。

本発明によるサンプル容器からのサンプリングは、例えば、隔壁（septum）で閉止されたバイアル中への導入、または注入工程におけるサンプル導入のための、サンプル調製において使用することができる。本発明のさらなる実施態様および利点が、以下の説明と、従属請求項に記載されている。本発明を、添付の図に示された実施態様に基づいて、以下に、さらに詳細に説明する。

図１は、第１の実施態様による、サンプルの自動サンプリング用装置の概略平面図である。 図２は、図１からの細部Ｘを示す拡大図である。 図３は、図１に表示の可動保持アーム上に、サンプル容器用のサンプルトレーによって保持された、サンプラの正面図である。 図４は、図３に表示のサンプラの正面図である。 図５は、サンプリング過程における、本発明によるカニューレの動作を示す、横断面図である。 図６は、サンプリング過程における、本発明によるカニューレの動作を示す、横断面図である。 図７は、図６からの細部Ｗを示す、拡大図である。 サンプル過程においてカニューレを充填するための一連のステップに対して、図５からの細部Ｚを示す、拡大図である。 サンプル過程においてカニューレを充填するための、一連のステップに対して、図５からの細部Ｚを示す、拡大図である。 サンプル過程においてカニューレを充填するための、一連のステップに対して、図５からの細部Ｚを示す、拡大図である。 図１１は、図５および６に記載のサンプラによる、バイアル中へのサンプル導入を示す、横断面図である。 図１２は、図１１からの細部Ｙを示す、拡大図である。

本発明は、分析機器、特に、ガスクロマトグラフまたは液体クロマトグラフなどのクロマトグラフ、質量分光計、その他のための、サンプル調製またはサンプル導入のためのサンプルの自動サンプリング用の装置に関する。
図１および２は、サンプルを取り扱うためのそのような装置、例えば、オートサンプラを示す。この装置は、好ましくは、クロススライド２用の水平キャリッジガイド１を含み、このクロススライド２は、キャリッジガイド１に沿って移動可能であるとともに、好ましくは、すべてのステーションに対処できるように、キャリッジガイド１に垂直な、キャリッジガイド１の面内でも移動可能である。好ましくは垂直方向に可動である、保持アーム３は、クロススライド２の端部に位置している。

可動保持アーム３は、少なくとも１つのサンプラ４を交換可能に保持するように構成されており、その目的で、例えば、ホルダ５が保持アーム３上に設けられている。保持アーム３は、所望のサンプル容器６の上方の位置に、それぞれのサンプラ４を移動させるのに使用される。この目的で、複数のサンプル容器６が、サンプルトレー７上に載置されている。サンプル容器６は、それぞれ、ある分量８（図５〜１０を参照）の粒状固体材料を収納する。選択可能な数のサンプル容器６を有するサンプルトレー７を、装置に属するパネル９上に載置することができる。サンプルトレー７は、個別に構成されたサンプル容器６に適合させることができる。ホルダ５は、例えば、ドイツ特許ＤＥ１０２１９７９０Ｃ１に記載されているように、既知の方法で設計することができる。

サンプル容器６から、サンプラ４を用いて、その中に収納された分量８からサンプル１２が採取され、その目的で、サンプラ４が上下に移動される。この移動は、可動保持アーム３によって実行される。好ましい移動の方向は、サンプリングのためのサンプラ４の垂直移動である。
図３および４が示すように、粒状材料のサンプリング用のサンプラ４は、充填スペースとしてカニューレ１０を含む。図５〜１０がさらに示すように、サンプル１２で充填される（図７〜１０を参照）。カニューレ１０の充填スペース１３を開いて空にするために、カニューレプランジャ１１が、カニューレ１０内に変位可能に配設されている。カニューレプランジャ１１は、好ましくは、スライダ１４と係合され、このスライダ１４によって、カニューレプランジャ１１を、カニューレ１０内で変位させることができる。前進範囲は、好ましくは、カニューレプランジャ１１がカニューレ１０の下端部１５に到達する下方位置（図４を参照）と、充填スペース１３の選択可能な高さによって画定され、カニューレプランジャ１１が、カニューレ１０の下端部１５からそこまで引き戻されて、サンプリングために充填スペース１３をもたらす、上方位置との間に延びる。

このようにして、サンプラ４のカニューレ１０は、下端部１５を有し、この下端部１５は、粒状材料をカニューレ１０の充填スペース１３中に導入するための自由端としての役割を果たす。粒状材料を充填スペース１３中に導入するために、カニューレ１０は、その下端部１５を、粒状材料を収納する、それぞれのサンプル容器６の底部１６に繰り返し押し当てられる。カニューレ１０の下端部１５が、所定の圧力で、それぞれのサンプルカニューレの底部１６に当たり、この圧力は、サンプラ４に付随する、またはサンプル容器６に付随する、圧力リミッタ１７を用いて設定することができる。所定の圧力に到達すると、圧力リミッタ１７によって制御されて、サンプラ４の下方移動が停止される。その結果、底部１６に対抗する下端部１５の接触圧力が、所定の圧力に制限される。このように、可動保持アーム３は、サンプラ４上に設けられたカニューレ１０が、圧送方式（force-feeding manner）で実行される、サンプル容器６内での作動パターンを実行するように、サンプラ４に作用し、それによって、粒状材料は、カニューレ１０中で選択可能な充填高さまで上方に押圧される。すなわち、カニューレ１０が、底部１６の方向に、特に粒状材料、例えば粉末で部分的に充填されている、サンプル容器６中で底部１６まで押し下げられると、粒状材料が、同時にカニューレ１０中に押し込まれる。

カニューレ１０の直径は、粒状材料の粒子の相互に対する、およびカニューレの内壁に対する凝着力が、重力よりも大きくなるように選択されて、カニューレ１０中に導入された粒状材料が脱落することはないが、カニューレプランジャ１１の推力がかけられたときにのみ分注できるようにされる。通例でのカニューレの内径は０．４〜２．０ｍｍの範囲にある。粒状材料の粒径は、平均で、１０〜５００μｍの範囲にある。

サンプラ４は、それぞれのサンプル容器６の底部１６に対抗して、カニューレ１０の端部１５に複数回の押付け衝撃を与えるために、好ましくは、垂直に変位可能な保持アーム３に取り付けられる。押込み方向は、好ましくは、カニューレ１０の軸と一致しており、次いで、カニューレ１０は、圧送作用または詰込み作用として、垂直方向の押付け衝撃を与える。
圧力リミッタ１７には、粒状材料をカニューレ１０の充填スペース１３中に導入する間に、カニューレ１０の下端部１５にかけられる押圧力を測定する、力メーター（force meter）（図示せず）を含めることができる。力メーターは、力センサとしてホルダ５中に一体化することができる。

図１〜１０に示される実施態様によれば、それぞれのサンプル容器６に接続された圧力リミッタ１７は、バネ要素１８を含む。バネ要素１８は、カニューレ１０の移動の方向において、サンプル容器６に対してバネ負荷支持を与えて、サンプル容器６の移動を制御する。バネ要素１８は、例えば、サンプリング過程中に、バネ軸が好ましくはカニューレ１０の軸と整列されている、コイルバネである。バネ要素１８は、それぞれのサンプル容器６に対して、個々のサンプル容器６の弾力性を誘導するために、サンプルトレー７内に設けられた、ソケット１９内に設置することができる。サンプル容器６のバネ負荷支持はまた、長さ公差を補償して、カニューレ１０が下方の底部１６まで到達できることを保証する。サンプル容器６からのサンプリング過程中の、カニューレ１０の充填は、好ましくは、バネ要素１８の撓み範囲内で行われ、バネ撓みの深さは、使用されるバネ要素１８のバネ常数に依存する。最大バネたわみは、圧力リミッタ１７によって規定され、バネ常数を介して調節することができる。

各サンプル容器６の底部１６には、好ましくは、凹部または中空円錐形が設けられ、それによって、サンプル容器６内で、粒状材料に対して深くに位置する収集点（deep-lying collecting point）が得られる。少量の粒状材料の採取が、このようにして容易化される。カニューレの下端部１５には、切刃（cutting edge）を設けることが可能であり、これによってカニューレ１０によるサンプリングが、粒状材料の粒子の粉砕と両立される。

図７〜１０が示すように、カニューレ１０は、サンプリングのために、サンプル容器６の底部１６に、数回、この場合には３回、押し当てられる。この工程が数回、繰り返されると、粒状材料がカニューレ１０の内側に粘着するので、カニューレ１０は、さらに高くまで充填される。図１０が示すように、カニューレプランジャ１１は、カニューレ１０内でのその位置によって、粒状材料の貫入高さを規定する。それによって、サンプル１２は、充填スペース１３中に導入することのできる、分量に一致する。カニューレプランジャ１１は、充填レベルが規定された高さを超えないことを保証する。粒状材料とカニューレ１０の内壁との間の摩擦が大きくなりすぎると、カニューレ１０内に蓄積された粒状材料の排出が、妨げられるか、または場合によっては、まったく不可能となる。この充填レベルはまた、採取された材料が、カニューレ１０内で、正確に処方されることを可能にする。さらに、カニューレ１０の形態における処方ユニット（dosing unit）は、使い捨て可能な品目である。カニューレプランジャ１１は、例えば、線材とすることができる。

粒状材料を収納するサンプル容器６は、カニューレ１０が隔壁を突き刺すことができるので、そのような隔壁で閉止することができる。この場合に、カニューレプランジャ１１は、好ましくは、降下させて、カニューレ１０の下端部を閉止する。このようにすると、隔壁の断片が、突き刺し中にカニューレに進入することができない。貫通後に、カニューレプランジャ１１を、制御された方法で上昇させて、充填スペース１３を生成することによって、粒状材料のための場所を空けることができる。上述のようにカニューレを上下に移動させることによって、サンプル１２は、粒状材料の分量８から収集される。

図１１および１２が示すように、サンプラ４およびそのカニューレ１０によって収集されたサンプル１２は、サンプルを装入しようとするバイアル２０中に分注することができる。これは、カニューレプランジャ１１を押し下げることによって行われる。サンプル１２の分注は、カニューレプランジャ１１の作動によって分量制御が可能になるので、計量過程と連携させることができる。カニューレ１０は、その下端部１５が、バイアル２０がそれによって閉止される隔壁２１を突き刺すことができるように、設計することができる。カニューレ１０は、サンプル調製の状況において、溶媒を導入するのに使用することもできる。

カニューレ１０は、さらに、特に図５、６および１１に示されているように、カニューレプランジャ１１をシリンジプランジャであるスライダ１４に接続することができるようにして、シリンジ本体に装着することができる。シリンジ本体を保持するためのホルダ５を含む、既知のオートサンプラにおいては、本発明によるサンプラ４を、いかなる修正対策もなしに設置することができる。次いで、サンプラ４を、液体シリンジのように装着することができる。次いで、シリンジチェンジャを、同様に使用することができる。既存の自動化構成要素を全体的に使用することができる。
図示しない実施態様によれば、サンプル容器６は、好ましくは小さく、急激なゆさぶりによって粒状材料を移動させるために、振動または揺動を受けさせることができる。これによって、粒状材料が、サンプル容器６の底部へとすべり落ちるのが支持される。

図１−Ａにおいて、図１は、第１の実施態様による、サンプルの自動サンプリング用装置の概略平面図であり、図２は、図１からの細部Ｘを示す拡大図である。 図１−Ｂにおいて、図３は、図１に表示の可動保持アーム上に、サンプル容器用のサンプルトレーによって保持された、サンプラの正面図であり、図４は、図３に表示のサンプラの正面図である。 図１−Ｃにおいて、図５は、サンプリング過程における、本発明によるカニューレの動作を示す横断面図であり、図６は、サンプリング過程における、本発明によるカニューレの動作を示す横断面図であり、図７は、図６からの細部Ｗを示す、拡大図であり、 図８は、サンプル過程においてカニューレを充填するための一連のステップに対して、図５からの細部Ｚを示す、拡大図であり、 図９は、サンプル過程においてカニューレを充填するための、一連のステップに対して、図５からの細部Ｚを示す、拡大図であり、 図１０は、サンプル過程においてカニューレを充填するための、一連のステップに対して、図５からの細部Ｚを示す、拡大図である。 図１−Ｄにおいて、図１１は、図５および６に記載のサンプラによる、バイアル中へのサンプル導入を示す、横断面図であり、 図１２は、図１１からの細部Ｙを示す、拡大図である。

Claims (8)

1. 少なくとも１つのサンプラ（４）を交換可能に保持する可動保持アーム（３）と、上下に移動させることのできるサンプラ（４）を用いてサンプル（１２）をそれぞれから採取することのできる、サンプル容器（６）とを備える、分析機器、特にクロマトグラフ用の、サンプル調製またはサンプル導入のためのサンプルの自動サンプリング用装置であって、
   粒状材料のサンプルを採取するために、前記サンプラ（４）は、充填スペース（１３）としてカニューレ（１０）を含み、この充填スペース（１３）内には、カニューレプランジャ（１１）が、サンプル（１２）によって充填される、前記カニューレ（１０）の前記充填スペース（１３）を開放し、空にするように、変位可能に配設されているとともに、
   前記カニューレ（１０）は自由下端部（１５）を含み、該自由下端部（１５）は、粒状材料を前記カニューレ（１０）の前記充填スペース（１３）に導入するために、前記サンプラ（４）または前記サンプル容器（６）と関連する圧力リミッタ（１７）を用いて設定することのできる、所定の圧力を使用して、ある分量（８）の粒状材料を収納する、それぞれのサンプル容器（６）の底部（１６）に繰り返し押し当てられることを特徴とする、前記装置。
2. サンプラ（４）が、垂直方向に変位可能な保持アーム（３）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. カニューレ（１０）の下端部（１５）が、サンプル容器（６）の底部（１６）に、脈動的に押し当てられることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 圧力リミッタ（１７）が、カニューレ（１０）の下端部（１５）にかけられる押圧力を測定する力メーターを含み、その力は、粒状材料を前記カニューレ（１０）の充填スペース（１３）中に導入するように、作用させることができることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. それぞれのサンプル容器（６）と関連する圧力リミッタ（１７）が、カニューレ（１０）の移動方向にサンプル容器（６）を負荷支持するため、かつ前記サンプル容器（６）の移動を制御するための、バネ要素（１８）を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. バネ要素（１８）が、サンプリング過程の間にバネ軸がカニューレ（１０）の軸と整列されている、コイルバネであることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. サンプル容器（６）の底部（１６）に凹部が設けられていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. サンプル容器（６）に、振動または揺動を受けさせることができることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。